NANOSATÉLITES
Vocês sabem
que existem nanosatélites? E que o nanosatélite brasileiro será lançado agora
no mês de junho?
Mas, antes
de falarmos sobre nanosatélites, vamos mostrar através de um ótimo artigo o que
é “nanotecnologia”.
O que é nanotecnologia?
Hoje iremos falar de uma
tecnologia que já faz parte da vida das pessoas há muito tempo: a
nanotecnologia. Ela está presente em muitos componentes eletrônicos, desde
computadores até aparelhos da medicina e outros tantos itens que possuem alta
tecnologia. Se você ainda não conhece sobre esta tecnologia, talvez este artigo
possa lhe esclarecer muito. Já para quem sabe a respeito da nanotecnologia,
alguma coisa ainda pode ser novidade em nosso artigo.
O que é um nanômetro?
Na verdade, um nanômetro é uma
medida como outra qualquer. Assim como você já deve conhecer o centímetro, o
metro e o quilômetro, agora está na hora de ser apresentado ao nanômetro.
Explicar com palavras o que é um nanômetro é simples, basta dizer que ele
equivale a um bilionésimo de metro, mas isso não explica realmente o que é o
nanômetro. Por isso, elaboramos uma imagem que dá uma ideia do quão pequeno é o
nanômetro, confira.
Comparação entre grandezas
Bola de Futebol: 0,29 m (29 cm)
Lua: 3.474.800 m (3.474,8 km)
Moeda de cinco centavos: 0,012 m (1,2 cm)
Nanômetro: 0,000000001 m (1 nm)
Imagine se pudéssemos aumentar
medidas numa mesma proporção. Ao aumentar o nanômetro ele deveria ficar com o
tamanho de uma bola de futebol. Em compensação, uma moeda de 1 centavo (que
mede aproximadamente 1,7cm) seria maior do que a Lua. Ou seja, a relação entre
um nanômetro e uma moeda de 1,2 cm, seria o mesmo que comparar uma bola de
futebol com a Lua. Fantástico, não é mesmo?
Através desta comparação, fica
bem claro o porquê da alta complexidade ao se trabalhar na escala de
nanômetros. Essa tecnologia só existe em laboratórios e indústrias com
equipamentos de alta precisão, afinal, são necessárias máquinas muito precisas
para trabalhar com componentes tão pequenos, os quais são invisíveis aos nossos
olhos.
Por que nanotecnologia?
Como é possível visualizar, o
nanômetro não é uma partícula ou um componente da eletrônica, mas é apenas uma
mera forma de medida. O nome nanotecnologia foi escolhido em decorrência do
pequeno tamanho de vários itens utilizados para a construção de componentes
inteligentes e de alta tecnologia. O nome nanotecnologia já foi citado há muito
tempo atrás, quando os cientistas ainda estavam sonhando com algo de um tamanho
tão minúsculo.
O termo “nanotecnologia” foi
criado e definido pela Universidade Científica de Tóquio, no ano de 1974. Entre
1980 e 1990 muitas outras teorias foram elaboradas em cima da definição básica
criada por um professor da Universidade de Tóquio. Finalmente, no ano de 2000 a
nanotecnologia começou a ser desenvolvida em laboratórios e as pesquisas em
cima desta tecnologia aumentaram significativamente, tanto que hoje ela é o
centro das atenções em várias áreas da Ciência.
Como começou a nanotecnologia?
A primeira vez em que se falou
em nanotecnologia já faz muito tempo. Um físico chamado Richard Feynman
comentou em Dezembro de 1959 sobre um breve conceito desta tecnologia. Ele
comentou a respeito do poder de manipulação de átomos e moléculas, algo que
resultaria em componentes tão pequenos, que o homem nem poderia ver.
Onde é aplicada esta
tecnologia?
Bem, a nanotecnologia é
aplicada em mais de 800 produtos atualmente, contudo, vamos nos ater apenas aos
que mais interessam. Como somos um site de tecnologia, não poderíamos deixar de
falar do principal componente onde a nanotecnologia é utilizada: o computador.
Os processadores de computador são, provavelmente, os componentes eletrônicos
que mais se utilizam da nanotecnologia. No atual mercado encontram-se
processadores de 45nm, os quais possuem uma tecnologia muito avançada para
poder trabalhar em alta velocidade. Evidentemente, o processador não tem
dimensões em nanômetros, mas as peças dentro dele são desta escala minúscula.
Além dos processadores, as
placas de vídeo têm vários componentes nanoscópicos. Tanto NVIDIA como ATI
possuem processadores gráficos (os famosos GPUs) elaborados com tecnologia
nano. Vale frisar que cada novo modelo que sai, os GPUs ficam mais poderosos e ao
mesmo tempo, tendem a utilizar uma tecnologia nano em menor escala. Algumas
placas utilizam nanotecnologia de 90nm, já as placas mais modernas utilizam
55nm ou até menos.
Os vídeos games possuem tantos
componentes internos, e tudo cabe em um espaço tão pequeno, que provavelmente
se não fosse utilizada a nanotecnologia em vários desses componentes, eles
seriam caixas enormes e pesadas. Graças aos componentes nanotecnológicos, os
vídeo games tornaram-se incríveis e são verdadeiras plataformas de entretenimento.
A nanotecnologia continuará
existindo?
Sem dúvida alguma esta
tecnologia não deve desaparecer com facilidade, afinal, ela ainda não foi
totalmente explorada. O Baixaki já divulgou inclusive dois artigos sobre
futuros componentes que serão criados com nanotecnologia e que devem
revolucionar a informática e a eletrônica.
Um dos artigos falava sobre o
Memristor, o novo componente da eletrônica que deve utilizar a tecnologia para
modificar totalmente o sistema de armazenamento e de memória dos computadores.
O segundo artigo mostrou o novo
processador que a Intel está desenvolvendo, o qual deve trabalhar na escala de
22nm. Este novo processador ainda é apenas um projeto e está sendo desenvolvido
aos poucos nos laboratórios da maior empresa de processadores do mundo. O novo
CPU deve trazer 32 núcleos, um exagero no momento, mas certamente algo que será
muito útil no futuro.
Em quais outras áreas a
nanotecnologia pode ser útil?
Evidentemente, esta tecnologia
não foi criada somente para ajudar na informática, mas para revolucionar de
maneira geral em qualquer área onde fosse necessário. Atualmente, pode-se
relatar a aplicação da nanotecnologia na Medicina, na Química, na Física
quântica, nas indústrias que criam protótipos aeroespaciais, refinarias e
muitas tantas outras áreas.
Na medicina, por exemplo, temos
como exemplo aparelhos para diagnosticar determinadas doenças, as quais não
podem ser detectadas apenas com base em sintomas e exames comuns. Além disso, a
nanotecnologia é muito utilizada para criar remédios, afinal, trabalhar com
componentes químicos de tamanho tão pequeno, exige uma tecnologia minúscula o
suficiente.
Este artigo foi apenas uma
introdução a nanotecnologia, pois caso fôssemos abordar o assunto com detalhes
e explicações complexas, não caberia tudo em apenas uma página. Você já
conhecia a nanotecnologia? Ficou maravilhado em saber sobre sua existência nos
computadores? Comente a respeito, sua opinião é importante.
Agora vamos
falar de nanosatélites através de vários artigos interessantes.
José Monserrat Filho
A Era Espacial foi
inaugurada por um pequeno satélite. O Sputnik-1, lançado pela ex-União
Soviética em 4 de outubro de 1957, era uma esfera de 58 cm que pesava 83,6 kg.
Voou durante 22 dias a uma altitude entre 228 e 947km, sem nenhuma função
específica. Levava a bordo nada além de dois transmissores de rádio de 1 W, com
duas longas antenas, operando entre 20,005 e 40,002 MHz e emitindo um único e
obstinado - "bip,bip,bip" -, sintonizado por qualquer rádio-amador.
Era, portanto, absolutamente inofensivo. Mas causou pânico nos EUA. Por quê?
Porque a parte mais importante desse
lançamento espacial pioneiro não era o satélite. O Sputnik I não passava do
"escada", como se diz em linguagem teatral, para o personagem
principal, o foguete lançador (19 m de altura, dois estágios, 240 ton na
decolagem) batizado com o nome de R7, o temido "Semyorka", que
emergia no palco da política mundial, em plena Guerra Fria, como poderoso
míssil balístico intercontinental, capaz de lançar ogivas nucleares no outro
lado do Terra, ou seja, nos EUA, rompendo, assim, a decantada invulnerabilidade
do território norte-americano.
Daí que um pequeno satélite,
instalado nos ombros do gigante R7, gerou uma grande mudança global. As
potências rivais tinham agora que sentar-se à mesa de negociações para discutir
a nova situação geopolítica do mundo e atender, até onde permitissem seus
planos estratégicos, aos ardentes anseios de paz de todo um planeta à beira da
catástrofe nuclear.
Antes, dizia-se abertamente, o país
que dominar o espaço, dominará o mundo. Inaugurada a Era Espacial por quem
menos se esperava fosse capaz de tamanho feito, passou-se a apregoar o uso
pacífico do espaço. Mas essa visão não durou muito. De certo modo, serviu para
acalmar a opinião pública, alarmada com a ameaça da terceira guerra mundial,
fadada a ser um choque de extermínio total. Apesar da perspectiva atordoante, a
Guerra Fria não iria parar simplesmente porque os humanos tinham, enfim,
chegado ao espaço.
Já em 1956, antes, portanto, do
lançamento do Sputnik-1, os EUA aprovavam o projeto do primeiro satélite de
reconhecimento, o Corona (resolução de 12m), que viria revolucionar os sistemas
de inteligência a partir de 1960, substituindo o avião de espionagem U-2. Um
desses aparelhos, pilotado por Francis Gary Powers, funcionário da CIA, foi
abatido pela URSS e exibido no desfile de 1º de maio daquele ano. Em 1961, a URSS
lançava seu primeiro satélite de reconhecimento, o Zenit (resolução de 10-15m).
A Guerra Fria crescia e se
aperfeiçoava. Contudo, por acordo mútuo as duas grandes potências decidiram
deixar de lado o espaço exterior como zona de conflito bélico - a mesma
situação criada para a Antártida pelo Tratado de 1959, em vigor ainda hoje.
Não por acaso, apenas dez anos após o
lançamento do Sputnik-1, o Tratado do Espaço, de 1967, foi capaz de proibir a
colocação em órbita de armas de destruição em massa (nucleares, químicas e
biológicas) e desmilitarizou totalmente a Lua e demais corpos celestes. Mas não
logrou fechar o espaço para os voos suborbitais dos mísseis balísticos de
grande alcance portadores de ogivas nucleares, nem para o emprego de outros
tipos de armas, e muito menos regulamentar o chamado uso militar passivo do
espaço (reconhecimento, comunicação, mapeamento, precisão de tiro etc.), de
modo a impedir que ele vá além das ações de defesa e se torne uma forma de
agressão.
Hoje, o uso de pequenos, micros e
nano satélites é tendência universal sem volta. Os satélites militares são
todos apresentados como sendo de defesa. Mas quantos o são efetivamente? E como
adotar critérios imparciais e objetivos, reconhecidamente justos e válidos para
toda a comunidade internacional, separando o joio do trigo? É aí que a porca
torce o rabo.
Menores, mais rápidos, melhores e mais baratos (M-MR-M-MB).
Assim são vistos hoje os pequenos satélites, sejam quais forem seus nomes -
microsat, cubesat, cansat, nanosat, picosat etc. Suas vantagens não deixam
qualquer dúvida. Eles podem ser desenvolvidos com infraestrutura simples e de
baixo custo. Você gasta bem pouco para montar seu próprio pequeno satélite.
Esse benefício não tem preço. As forças armadas de inúmeros países já sabem disso
faz tempo. Os países em desenvolvimento também. Muitas universidades do mundo
inteiro, idem. Pequenas e médias empresas, idem, idem. Jovens estudantes,
inclusive de graduação e em especial os de engenharia, talvez tenham sido os
primeiros a projetarem e lançarem pequenos satélites, não importando as
dificuldades enfrentadas.
Estamos assistindo à invasão do espaço por enxames de pequenos
satélites. Já se faz um único lançamento com dezenas deles. Eis alguns exemplos
recentes:
Em 19/11/2013, 29 satélites, sendo 28 pequenos, foram lançados por
um foguete Minotauro-1, dos EUA, a partir da base de Wallops. Um deles efetua
missão de comunicação para a Força Aérea norte-americana. O lançamento custou
28,8 milhões de dólares - menos de um milhão por satélite, em média.
Dos 28 pequenos satélites, 11 eram de pesquisas incentivadas
pela Nasa, entre eles o TJ3Sat, projetado por alunos do ensino médio da Escola
Superior Thomas Jefferson para a Ciência e a Tecnologia, de Alexandria,
Virgínia, EUA. Trata-se de um módulo sintetizador de voz que lê textos em voz
alta e envia a gravação ao satélite para serem baixados pela Internet. A Escola
Superior Thomas Jefferson, por sinal, oferece um curso especializado em nano
satélites, junto com engenheiros da indústria espacial. Os 11 satélites têm
forma cúbica com 10 cm de cada lado e volume de 0,95 litros. Pesam 1,36kg, no
máximo, e cumprem missões científicas, tecnológicas ou educativas.
A iniciativa faz parte da 4ª missão "Decolagem Educativa de
Nano Satélites", da Nasa. Dela participaram nove universidades
norte-americanas (Alabama, Drexel, Florida, Hawai, Kentucky, Louisiana at
Lafayette, New Mexico, St. Louis, Thomas Jefferson High School e Vermont) e o
Centro de Pesquisa Ames da Nasa.
"Os avanços da comunidade de pequenos satélites estão
permitindo acelerar o desenvolvimento das tecnologias de voo, que serão
transferidos à indústria espacial", frisou Jason Crusan, diretor da
divisão de Sistemas Avançados de exploração da Nasa e supervisor do programa. E
anunciou: "Nossas futuras missões se apoiarão no trabalho desta
comunidade". Para Leland Melvin, diretor associado de Educação da Nasa,
tais satélites oferecem às "melhores e mais brilhantes mentes jovens"
a chance "de descobrir a emoção da exploração espacial e, ao mesmo tempo,
enfrentar os desafios tecnológicos e de engenharia".
Um dia depois desse lançamento múltiplo, seu recorde foi batido
pela Rússia. Em 21/11, um foguete Dnepr lançou 32 satélites, a maioria deles
cubesats, de carona com o satélite DubaiSat-2, de observação da Terra de 300kg,
produzido pelo Instituto de Ciência e Tecnologia Avançadas dos Emirados Árabes
Unidos.
Entre os cubesats, estavam os britânicos Funcube-1, de 1kg e 10
cm de altura, e os KHUSat 1 and 2, além de um cubesat peruano com um sensor de
temperatura de 8 cm de altura e 97 gramas - o sensor de bolso (Pocket-PUCP),
considerado o menor satélite funcional jamais posto em órbita da Terra.
O Funcube-1, criado pela Amsat-UK (Radio Amater Satellite
Corporation do Reino Unido), leva a bordo um transponder que transmite sinais
capazes de ser captados por escolares usando um simples receptor USB.
Detalhe curioso: o Funcube-1, ante as dificuldades de obter
licença de acesso ao espaço no Reino Unido, só logrou voar graças às
facilidades da lei dos Países Baixos. É como se fosse uma nave de bandeira
holandesa. O uso de bandeira alheia, comum na marinha mercante, começa a chegar
ao espaço. Os juristas espaciais tendem a rejeitar tal solução, pois ela pode
confundir a definição do Estado Lançador que deve responder por eventuais danos
causados a terceiros.
Os cubesats KHUS-1 e -2 (também chamados de Cinema-2 e -3)
resultam da parceria entre três Universidades: da Califórnia, Berkeley, EUA;
Kyung Hee, Coreia do Sul; e Imperial College, Reino Unido. Os satélites têm a
missão de estudar o ambiente próximo da Terra e sua interação com o Sol. O
famoso Imperial College, de Londres, contribuiu com um mini magnetômetro,
batizado com o nome de "Mágico", que registra as condições na
magnetosfera - as bolhas de linhas do campo magnético que envolvem o planeta e
desviam muito da matéria lançada pelo Sol em nossa direção. O Cinema-1 foi
lançado em setembro de 2012, o que significa que o projeto já tem mais de um
ano.
Na Ásia, há também forte interesse pelos pequenos, micro e nano
satélites. Não por acaso, a APSCO (Asia Pacific Space Cooperation Organization
- Organização de Cooperação Espacial da Ásia Pacífico) promoveu em setembro
passado, na capital da Mongólia, Ulan Bator, um curso sobre o estado d'arte dos
pequenos, micros e nano satélites e suas tendências futuras, visando promover o
desenvolvimento, a inovação e as aplicações desses satélites nos países membros
- Bangladesh, China, Indonésia, Irã, Mongólia, Paquistão, Peru, Tailândia e
Turquia.
Na África, cabe destacar o trabalho em curso na área dos
pequenos satélites realizado na Nigéria, África do Sul, Marrocos, Egito, Gana,
Sudão, entre outros.
Na América Latina, a Agência Espacial Brasileira (AEB) vem de
propor na reunião de Bogotá, realizada em 29 e 30 de outubro passado entre
agências espaciais da região, a criação da Aliança Latino-Americana de Agências
Espaciais (ALAS), para coordenar programas e projetos de interesse comum,
inclusive um de cooperação entre universidades da região para a construção de
pequenos, micros e nano satélites.
A Organização das Nações Unidas (ONU), através de seu Escritório
de Assuntos Espaciais, com sede em Viena, Áustria, tem sido muito ativa no
apoio à formação de especialistas em tecnologias de pequenos, micros e nano
satélites nos países em desenvolvimento. Desde 1971, há mais de 40 anos,
portanto, o Programa de Aplicações Espaciais da ONU organiza workshops,
seminários, simpósios e encontros de peritos, com caráter prático, para
beneficiar o mundo mais carente.
Em 2009, o Escritório da ONU lançou a Iniciativa de Tecnologia
Espacial Básica (Basic Space Technology Initiative - BSTI), para atender à
demanda de pessoal especializado no desenvolvimento de pequenos, micro e nano
satélites, inclusive com planos de criação da necessária infraestrutura de
construção e testes, bem como o incremento da cooperação internacional e do
conhecimento do direito que regulamenta tais atividades.
O mais recente simpósio da BSTI teve lugar na Universidade
Zayed, na Cidade Acadêmica de Dubai, nos Emirados Árabes Unidos, de 20 a 23 de
outubro deste ano, e tratou de um tema que fala por si: "Missões de
Pequenos Satélites para as Nações em Desenvolvimento". O evento conheceu
27 trabalhos, de 15 países, inclusive do Brasil - Fernando Stancato abordou o
desenvolvimento de pequenos satélites no INPE.
"Os recursos naturais da floresta amazônica no Brasil,
sobretudo os minerais e os de propriedades medicinais (ervas, cascas de
árvores, seivas e raízes diversas), podem ser explorados com o emprego de micro
e nano satélites" - afirmou Muhammad Shadab Khan, engenheiro indiano, no
Simpósio sobre "Aplicações Inteligentes e Economicamente Eficazes de Micro
e Nano Satélites nos Países em Desenvolvimento", organizado pela ONU e
pelo Japão, em Tóquio, em 2012. Já pensamos nisso?
Nano lançadores à vista? O norte-americano Garrett Skrobot,
considerado um pioneiro dos cubesats, confidenciou ao jornal "Space
News" que, estimulado pelo "boom" dos micro e nano satélites,
ele vem trabalhando com o Programa de Inovação em Pequenos Negócios da Nasa na
busca de tecnologias para viabilizar nano lançadores. "Se tivermos nosso
próprio sistema de lançamento, podemos programar lançamentos em pontos
específicos no tempo requerido" - prevê Skrobot.
Vale notar que os países em desenvolvimento já começam a sentir
a necessidade de contar com lançador próprio para seus pequenos, micro e nano
satélites.
Uma razão para a miniaturização de
satélites é reduzir o custo: satélites maiores e mais pesados requerem foguetes
maiores e o custo de lançamento é mais elevado; satélites menores e mais leves
podem ser lançados a bordo de veículos lançadores menores e mais baratos e,
algumas vezes, podem ser lançados em conjunto. O lançamento pode ser feito em "piggyback",
isto é, junto com um satélite maior em um grande foguete. Satélites
miniaturizados podem ser projetados e construídos com um custo menor, o que
favorece sua produção em massa, embora apenas satélites de comunicação e para
posicionamento global utilizem "constelações" com dúzias de
satélites. Essas constelações ou grupos de satélites muitas vezes é chamado
de swarms.
Além do custo mais baixo, a principal
razão para uso de satélites miniaturizados é a possibilidade de se realizar
missões que um satélite maior não poderia fazer, tais como:
·
constelações (swarms) para uma comunicações envolvendo um fluxo baixo de
dados;
·
usar formações para colher dados de múltiplos pontos;
·
inspeção orbital de satélites maiores;
·
pesquisas universitárias
Satélites maiores, geralmente usam
foguetes à base de monopropelentes ou bipropelentes para propulsão e
controles de altitude; esses sistemas são complexos e exigem uma quantidade
mínima de volume/área de superfície para dissipar o calor produzido. Esses
sistemas são usados em microsats maiores, enquanto que microsats menores e
nanosats têm que usar propulsão elétrica, ou a base de gás comprimido, líquidos
vaporizáveis (tais como o butano ou o dióxido de carbono) ou outros sistemas de
propulsão inovadores que sejam simples, baratos e escaláveis.
Microsats podem usar sistemas
convencionais de rádio in UHF, VHF, banda-S e banda-X para transmissão de
dados, embora frequentemente satélites miniaturizados utilizem tecnologias mais
recentes para se compararem aos grandes satélites. Satélites muito pequenos,
como os nanosats e microsats menores podem carecer de fonte de energia ou
tamanho suficiente para os grandes radio transponders, e vários inovadores
sistemas miniaturizados de comunicação tem sido propostos, tais como receptores
a laser, antenas especiais e redes de comunicação satélite-para-satélite.
Poucas dessas propostas podem ser efetivamente usadas na prática.
A parte eletrônica precisa ser
rigorosamente testada e modificada para uma maior miniaturização ou ser
resistente ao ambiente espacial (vácuo, microgravidade, temperaturas extremas,
e exposição à radiação). Satélites miniaturizados possibilitam testar novos
hardwares com um custo relativamente baixo. Além disso, como a relação
custo/risco das missões é muito menor, pode-se incorporar tecnologias de ponta,
porém não testadas em condições espaciais, aos micro e nanosats, o que não
seria conveniente de fazê-lo em missões mais caras, com menor apetite por
riscos.
Um satélite é qualquer
objeto que orbita ao redor de outro, que se denomina principal. Os satélites
artificiais são naves espaciais fabricadas na Terra e enviadas em um veículo de
lançamento. Os satélites artificiais podem orbitar ao redor de luas, cometas,
asteróides, planetas, estrelas ou inclusive galáxias. Depois de sua vida útil,
os satélites podem ficar orbitando como lixo espacial, até que reentrem na
atmosfera terrestre, ou podem ser direcionados, através do uso de propulsores,
ao espaço profundo.
Os satélites artificiais
podem ser catalogados ou agrupados segundo sua massa, como mostrado abaixo:
- Grandes satélites: cujo peso seja maior a 1000 kg;
- Satélites médios: cujo peso seja entre 500 e 1000 kg;
- Mini satélites: cujo peso seja entre 100 e 500 kg;
- Micro satélites: cujo peso seja entre 10 e 100 kg;
- Nano satélites: cujo peso seja entre 1 e 10 kg;
- Pico satélite: cujo peso seja entre 0,1 e 1 kg;
- Femto satélite: cujo peso seja menor a 100 g.
